下面是我的一些研究心得,希望有益于中国的科学教育,也有益于各位网友。

导言

在我国开展不久的研究性学习很受重视,但究竟什么是研究性学习,持论者未必能自圆其说,甚至彼此相互冲突。网络上也有不少中学教师撰文抱怨听了大学教授、博士们的辅导后,连什么是研究性学习都还没搞清楚。造成这种混乱状态的原因在于一个似是而非的假问题困扰着研究者——研究性学习的目的是什么,是为学生未来的创造打好基础还是重在直接培养学生的创新能力、创新精神?

本文由三篇文章组成。

如何指导学生进行研究性学习

通过《 全面退步的中国中小学教育 》的论述,必须在中小学中对学生进行科学研究教育已经是非常明显了,它是创新教育的重要基础,如果能够在高中开始对学生进行科学鉴别力教育则更好。

科学研究教育(仿科学研究的研究性学习)就是要让学生自己学习并掌握如何做科学研究,即逐步学会象科学家那样做科学研究。科学家进行科学研究创新,要完成从查阅资料到撰写论文、文章、以及资料引用等一整套科学研究程序,这些科学研究程序虽然是任何受过大学教育的人都应该清楚或者了解的简单的常识,但要真正教好并不容易。下面以及以后将要提到的东西很琐碎,很平常简单,但一步步做好,就能够培养出真正懂得如何做科学研究的学生,为学生未来的创造打好基础。

当然,科学研究教育首先看重的是让学生自己去做并学会这一切,教师只起指导作用,而且必须是给出针对实际情况,具体的、学生能够操作的指导,对优秀学生还要让他们知道为什么要这样,目的是让学生逐步掌握科学研究程序、方法,懂得什么是科学,懂得如何做科学研究,能够提出问题并解决问题。在科学研究教育中,学生产生了新想法更好,没有出现新想法也无关紧要。在这个过程中,科学知识教育、科学研究教育、科学鉴别力教育都应该进行,而且尽量做到融会贯通、相辅相成。

本文首先讨论如何指导小学生做研究性学习:小学三四年级学习如何查阅资料,掌握资料,并且学习如何写文章、论文,以及资料引用,小学五六年级和中学,逐步学习从查阅资料、占有资料、讨论、设计实验、进行实验、讨论、撰写论文、文章、以及资料引用等一整套基本科学程序、科学基本功。研究性学习本来应该是在小学初步打好基础的,但由于中国开始这些研究性学习时间很短,因此本文所提到的相应的要求、注意事项同样适合于现在中国的高中的研究性学习。目前中国的中学受美国影响而开始进行的研究性学习,笔者看了一些资料,发现现有的研究性学习,其它不说,在科学基本功的查阅资料、占有资料、资料引用这方面的教育做得很不够,几乎没有,在科学研究方面,读文献、讨论文献是很重要的,这样的研究性学习本身就没有遵循科学研究的程序。

在中国,“科学研究”习惯上是一个非常庄重的字眼。但如果把学生做科学研究看成是是学习如何做科学研究,是一项学习或掌握如何获得信息,进行客观的考察,具备理性的精神、批评的态度,掌握求真的方法等等的活动,那么在小学开始就进行部分的科学研究教学是理所当然的。

(众所周知,所有的科学研究都是建立在前人工作的基础之上,在此基础上有所发展的,而且科学是不断发展的。所以研究工作的第一步:查阅资料获取信息,就必须自己去查阅参考书、各种文献,而且必须全面查阅清楚这方面最新科学进展的有关资料,及时跟踪最新科学发展,在现代还要熟练运用计算机进行检索,否则,一项遗漏就有可能导致所做的是无效的重复劳动。一般来说,若有良好的条件,查阅资料难度不大。)

小学三四年级的小学生应该开始学习做科学研究的第一件事情:查阅资料,掌握资料,目的是让小学生初步知道如何查找资料,与此同样重要的是让学生扩大知识面、大量阅读,这对学生的未来发展很有好处。当然,这也需要家长的参与。教师首先要考虑学生的兴趣、爱好,询问并选择学生感兴趣、很想知道的一些事情并给出文章题目,如:《我所知道的大熊猫》等等,并提出至少要在图书馆、网络上(条件好的)进行查找的的要求,要求学生要看过不同来源如书籍、杂志、报纸、网络的资料,并提出如至少阅读过这方面三五篇文章以上才能够写文章的要求,当然,教师要知道相应资料在图书馆中的分类并作出具体的指导,指导学生怎样在图书馆查找资料,如何在网络上查找。(可以到www.163.com, www.sina.com.cn, www.sohu.com, www.google.com中,如以上面的题目为例,输入 大熊猫 ,点击“搜索”进行查找,也要提醒家长让孩子自己查找,还要设置好IE浏览器的安全等级,密码不能够让孩子知道。)
  
对小学生的要求,在占有资料方面能够看懂资料就够了,随着学生进入中学,知识增多,要求就要更高,要懂得如何快速准确地查找资料以及相关资料,查阅清楚这方面最新的有关资料,并懂得如何运用关键词查找,懂得在网络上利用限制词缩小查找范围。占有资料方面不但要读资料,而且要看论文、专著后面的参考文献,大致知道论点、论据的来龙去脉。
  
(在论文撰写方面,实验是科学理论的基础,论文讲究的是经验基础如实验、调查数据、经验材料等扎实,概念清楚,推理严密,结论可靠,而且,绝大多数研究工作必定是在前人打好的基础上进行的,因此论文的开始就必须概述前人的工作,作出评价,而后阐述自己的工作,最后是规范地引用文献。另外,由于科学是不断发展的,现在又是信息爆炸的时代,谁的时间都是有限的,科学创新必须要让别人易于理解,才能够促进创新的传播,促进科学的发展,也容易影响别人,论文有错误别人也容易发现。因此,仅仅是论文的写作,上等的文字是清晰、优雅,其次清楚、明白,下等的是想让人以为有学问而写得晦涩难懂,最差的是故弄玄虚。如果学生发现有的文章晦涩难懂,而别的大部分文章都能够清楚地理解,则很可能文章的作者不是掩盖自己的无知,就是没有受过良好的训练,没必要读这样的文章浪费时间。如果所有文章都难懂,就是选题有问题。)
  
小学三四年级的学生写文章,把通过阅读所掌握的知识、所知道的各种情况用自己的话清楚明白地表达出来就够了,平铺直叙都是可以的。更高年级以及中学生的论文、文章就要模仿论文的写作方式,首先用自己的话总结阐述已有的研究成果、知识,而后叙述自己想法、问题,以及实验结果、调查情况与结果,等等,对此的讨论,推理论证,以及最后的结论,然后是模仿相应的论文、文章,遵循文献引用规范,引用参考文献。注意,文科方面的研究性学习教师要特别小心,切忌习惯性的作文写作套路,如“开门见山”,结尾来句豪言壮语,等等。研究性的文章讲究的是清楚明白、有根有据、严谨,不是气势和文采。
  
请不要小看这些要求,钱宁在《留学美国--一个时代的故事》中说:“一些文科专业的留学生,尽管在国内发表过不少‘大作’,到了国外,都发现自己一下子不会写文章了。中国学生论文易犯的毛病,一是文章中充满了各种含混而不加界定的概念;二是喜欢将前一段提出的假设性论点不加论证地便在下一段转换成论据。”此外,中国的文科严重失序,既无学术规范,又无学术纪律,为此,前些年一直到现在,有一些学者竭力提倡学术规范,中国社会科学界一直在进行学术规范的讨论,其中朱学勤“把学术规范落到实处”,大致五条:

“1. 选题之前尽可能全面地检索中外文献;
2.论述观点注意形式逻辑,不要前后矛盾;
3.立论必须有据,概念必须界定,不能武断臆测;
4.引文必须注明出处;
5.论著附有文献索引,涉及西学者,中、西文索引齐备;”
  
这些其实不过是一些简单的要求,优秀的中学生都能够掌握,中国文科的学者,在硕士、博士毕业之后,都是学者等级了,怎么还在讨论这些问题?并且,这样的常识性的东西,还讨论了多年,是否中国教育对这样一些常识层面的知识教育有所不足?从中国学术界违反这些常识性规范的事情还不少的情况看,肯定与这些常识教育不足有关,因此在课堂教学中必须加强这些常识的教育。
  
引用参考文献很容易,不过是照着书、论文、网页抄,但也很重要。例如笔者在进行简单的研究性课题的教学:调查媒体上的生物学有关内容时,就提出如下问题:1、有哪些媒体?2、至少要调查哪些媒体?哪些媒体不适合于进行调查?3、怎样证明你调查后写出的报告不是胡编乱造,而是辛苦调查得到?对第一个问题,学生很快回答:电视、报纸、杂志、国际互联网、广播电台等,至于要调查哪些媒体,学生讨论后认为电视、广播电台靠记忆,不可靠,又太难调查,而后在教师的逐步启发下回答:至少要调查报纸、综合性的杂志和网易、新浪、搜狐等门户网站。而后,回答了第三个问题,在文章结束时要写下别人能够查找到这些资料的必要的线索:报纸、杂志名,文章的题目,作者,页码,出版社、出版时间等等,网站上的内容则要有文章的作者、题目、网址、查阅时间。其实这种训练应该在小学进行。

引用参考文献能够说明文章中的相关内容是有根有据的,尊重前人的研究成果,别人也能够清楚地找到文章的论点和依据的来源,还防止了有意无意的对他人的剽窃。引用参考文献时,千万不可以作假的引用,例如所看过的是译文,没看过原文,就只能够引用译文,不能够引用原文。在这方面,中国的文科方面曾经砍断了这样的传统,也有些学者的表现实在不佳,抄袭剽窃不以为耻,但这样做终究会毁灭学术生命的。西方发达国家则非常看重这样的起码的基本功,严厉禁止抄袭剽窃。在新语丝网站上曾经有过一篇文章(记忆),说在美国一个大学中同一个班里面的中国留学生,在做写文章的作业时,因为没有做好文献引用,全部被判作弊,要受到仅仅次于开除的处分,这些学生其实都是中国著名大学毕业后去美国的好学生,他们解释说中国的情况是对此毫不在意,这些学生也没有受到过应有的训练与要求才会如此的。最后的结果,记忆里是他们受了严厉的警告和小处分。
  
学生学习做科学研究以及日后真正地做科学研究必须老老实实,宁可老实地写出参考文献,别人看了参考文献后能够客观评价水平,也比不列出参考文献欺骗他人强。
  
学生在讨论中讲述以后或写好文章后,小学教师、中学教师要选择诸如下面的问题问学生:“你看了几本这方面的书(文章)?”“这些数字(情况)准确吗?你有把握吗?其它的书、文章(材料)与你前面说的是一样吗?”“有没有更快更好的办法来找到你想要找的书(文章)?”“如果你要对你的同学XXX讲你知道的这些,而他对这什么都不知道,你怎么办?(怎么说给他听?)”“他看了你的文章,能清楚知道XX是什么样的吗?”“你是怎样得出这一结论的?”等等。学生回答后,教师要不失时机地进行鼓励。
  
研究性学习可以是全班、小组、个人为单位来做,教师要根据学生兴趣搞好分工合作。研究性学习的课题可以让学生自己主动提出确实感兴趣的问题与事物,也可以是教师给学生选择一组题目,让学生根据自己的兴趣选择。学生做自己确实感兴趣的问题研究,优点是学生会努力学习,缺点是学生可能会不懂必要的知识,每个学生的课题不一样,教师指导会有困难。而教师决定的课题常常是是学生容易做到的,而且全班、小组共做一个课题的话,也可以培养学生团结合作的精神还能够让学生相互竞争,更加努力。
  
至于如何进一步地在研究性学习中进行讨论、设计实验、进行实验、讨论、撰写论文等问题,将在后面的文章中阐述。
  
参考文献与注释:
  
1、 钱宁:《留学美国——一个时代的故事》,江苏文艺出版社,1996,P126~127
  
2、 朱学勤:《被遗忘与被批评的——答杨念群先生》,来自论文集《书斋里的革命》,长春出版社,1999,P160~161

  
研究性学习主要是进行科学研究教育(二)
  
一、科学研究性学习与课堂教学的关系
  
研究性学习大致可以分为两大类,一类是仿科学研究型,用类似科学家做研究的方法进行,成果是某种知识或理论;另一类是实用型,成果是某种可直接用于现实的方案 或技能,实用型的研究性学习本文暂时不予讨论。仅就科学教育而论,学生要懂得起码的科学知识才能知道如何做科学研究,初步懂得了如何做科学研究后才能在实践中有所提高,具备科学鉴别力,所以,科学知识教育是科学研究教育的基础,科学研究教育又是科学鉴别力教育的基础。
  
科学知识教育(主要在课堂教学中进行)的优点是能够用最少的时间把尽可能多的科学知识直接传授给学生,节约时间,因此大多数的科学知识必定是以这种方式教给学生的,它的缺点是这种教学很容易导致学生只是被动接受灌输,死记硬背,知识容易忘记。这个缺点的解决基本上靠教师运用匠心独运的教学来提高学生兴趣、提高学生的主动性并启发学生多思考。
  
科学研究教育(科学研究性学习)能够让学生通过主动参与与亲身体会而掌握程序性的科学方法知识与共识性的知识,掌握如何规范地做科学研究,并形成主动求知、理性地质疑、乐于动手探究、严密地论证并验证的习惯,形成良好的科学素养,(或者说是掌握如何主动获取信息、处理信息并作出理性的评价判断),这些知识与共识、习惯与素养是一个合格公民所必不可少的基本知识与素养。科学研究教育的优点是学生一旦掌握了这些就会终身受益,缺点是对教师素质、硬件设施、学生的主动参与等的要求相当高,所花费的时间也相当多。
  
科学鉴别力教育则是让学生真正懂得如何做科学研究并能够灵活运用所学知识,科学素养达到高水准的教育。这样的教育一般适合于培养高精尖人才,优点缺陷同上。在高中若遇上天赋特别高的学生,可以试一试。
  
所以,科学教育中,科学知识教育、科学研究教育、科学鉴别力教育都应当进行,而且必须尽量做到最优化,融会贯通、相辅相成而不可偏废。并不是引入了研究性学习就什么知识都要用这样的方法来进行科学教育。
  
笔者曾经读过一些研究性学习的总结资料与案例,发现常常没有写指导教师对学生讲授和指导学生什么是科学、如何做科学研究的内容,提到了的也是有很大缺陷。现代科学已经发展了几百年,各国科学家心血累积的有关什么是科学、如何做科学研究的宝贵共识,在类似科学研究型的研究性学习中,这些共识必须传授给学生并让学生自己在研究性学习中自然而然地深入体会,只让学生自然而然、笼统模糊地知道科学结论必须要有实验依据是远远不够的。科学教育要让学生知其然,而且知其所以然。另外,在科学研究性学习上的关键环节常常在于学生形成一些解释、结论后,要否决其它的可能的(实际是错误的)解释并进行论证、实验验证,这在科学研究上也是极其重要的环节,但在这方面很少有这样的事例。
  
中国的研究性学习目前的情况是目标集中在提高学生兴趣、提高学生的主动性并启发学生多思考上面,对优点的阐述也集中在这方面,但这实在是一个误会。这些对研究性学习确实很重要,是必须达到的基本要求,没有这些,更高的主要目标是很难达到的。但这些实际上是课堂教学的非常重要的目标,并不是研究性学习的主要要求,研究性学习的主要目标是让学生掌握上面所说的那些重要的知识与共识、让学生形成良好的习惯与科学素养。
  
由此出发,加上本人略知的一些信息,还可以大致地说一下我所认为的中美两国科学教育的优缺点:中国教育的优点在于中等学生甚至差生都能够掌握必要的基础知识,中国教育的缺点在于几乎空白的科学研究教育使得中国的优秀学生不能够尽早受到甚至没有受到能够使得学生终身受益的科学研究训练,很难成为创造性人才,往往被填鸭成庸才。至于中国教育的死板、僵化、缺乏个性等只是次要的缺陷。美国教育的优点是充分的科学研究教育使优秀学生能够成才,起点很高,也有必要的“高考”筛选人才;缺点可能是科学知识教育有所不足,中等学生、差生连起码的科学知识都掌握得不够好。美国教育太自由散漫只是次要缺点。

二、什么是科学与科学研究
  
要指导学生进行研究性学习,教师首先必须懂得并教会学生什么是科学知识、科学知识是如何发展的以及如何进行科学研究,让优秀学生迅速达到高境界。但在这一点上,中国的教师本身所受的科学研究教育就不充分,而且中国人普遍以为科学就是被公认的正确知识的累积,进行科学研究就是发现并找到这些正确的知识。但实际上科学知识的情况并不是这样的,科学也不是这样发展的,尤其是对于个人的创造而言。本节以下的内容首先简要叙述这些,需要读者参照科学史上的事例和参照自己学习做科学研究的经历进行理解,教师要在对学生讲述科学史上的事例或指导学生进行研究性学习的过程中,浅显地结合讲述本文的有关内容,并巧妙引导学生自己悟出(体会)这些关于科学研究的知识与共识。
  
爱因斯坦曾说:“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础,那就是:希腊哲学家发明形式逻辑体系(在欧几里德几何学中),以及通过系统的实验发现有可能找出因果关系(在文艺复兴时期)。在我看来,中国的贤哲没有走上这两步,那是用不着惊奇的。若是这些发现在中国全都做出来了倒是令人惊奇的。”[1]
  
在欧美,由于有了全面系统的实验,才能在以往的认识和系统实验结果的基础上发展出来自经验的科学理论,有了严密的逻辑推理体系,才能依照理论作出严谨、全面、彻底的推理以得到严格的结论和预见,加上了数学方法则得到精确的推论和预见;由此以及在科学理论的指导下又进行进一步的系统实验、解决问题、提高精密度等工作以发展科学知识。
  
一代又一代的科学家,哪怕是平庸者,都能对科学的发展作出力所能及的贡献。随着科学知识的增进与发展,在旧的科学理论不符合实验结果等情况出现后,就会有科学家创造出新的,更正确也更准确的科学理论来代替它。就这样,一轮又一轮的系统的实验发现和科学理论的推理相互促进,形成了良性循环,更全面深入(也常常是更正确),更准确,现代科学就这样在欧美飞速发展起来了并且继续这样发展。
  
因此,本文所讨论的科学,是指系统的实验和结果,理论立足于系统的实验基础或可重复的切实可靠的经验基础,并具有严密推理的体系等科学知识的总成。
  
伽利略(现代科学的第一个代表人物)那样的现代科学方法才是正确的,科学研究首要的是通过实验找到并明确事实的确是如此,但一个实验结果也许有多种可能的原因,也就是有多种可能的解释或结论,因此必须运用严密的推理和数学运算,以及进一步的实验研究如对照实验,才能够排除其它可能的解释或结论,从实验结果或进一步的实验结果中得到正确的结论如找到自然现象之间的定性的关系或数学关系(定理、定律),至于为什么会这样的原因,能够找到原因更好,而且这是更大的贡献,没有找到也不必要太在意。在科学上重要的是:事实(实验结果)确实如此,从事实(实验结果)得到的结论坚实可靠,而且排除了各种能够否定结论的可能解释,有所创新,并能够为未来的进一步研究打下坚实的基础。(如果未用对照实验等办法排除了这种能够否定结论的可能解释,很可能会出非常丢脸的大错误;如果不能够排除其它的可能性,我们就只能够得到各种“有可能”、莫衷一是的知识,而不是确实可靠、能够在此基础上进一步发展的知识。)至于更进一步的原因等问题,人生是有限的,科学发展水平也是有限的,不清楚更进一步的原因就老实地说不知道,可以留待进一步的研究或留给后人去解决。中国的学生和教师特别是文科方面的,要小心,不要重犯当年亚里士多德犯过的错误:仅仅掌握了很少的事实,就要得到最一般的结论。当然,人免不了犯错误,科学史上也有一些被发表的错误,如错误的实验结果,由正确的实验结果得到错误的结论,错误的理论等等。
  
所以,科学研究是不断发展的过程,科学上的结论与理论必须建立于可重复的经验如实验的基础之上,经验基础必须真实,实验结果必须有不以观察者为转移的可重复性,可重复性是系统地进行实验发现最重要的要求,不仅事后实验者能够重复做出实验结果,别人(包括反对者)在同样的实验条件下也能够重复(否则谁都可以凭空胡说作出了科学发现了)。做实验研究如果实验结果不能重复,那就不能够得到可靠的结论与实验结果。比如进行了多次实验,每次都得到不同的结果,就只能说是整个实验工作失败,完全得不到有价值的结果。实验结果中数据的精密度同样重要,达到足以得到准确结论的精密度就够了,比如说实验测得的数据精确到小数点以后第二位就足够说明问题了,那就不必要浪费时间、资金与精力去得到精确到小数点后第三位的实验结果。但目的是提高精密度的测量,则不属于这种情况。另外,每一个实验数据都有一定的精密度,如果几项测定的精密度都是三位有效数字,则在实验报告和论文中把初始数据以及因此得出的次级数据给出三位以上的数字,就是完全错误的,说明作者不懂有效数字。
  
还有,根据实验所测得的数据,可以得到多个可能的公式、图表,当然,一般是只取最简单的,这样的做法是符合简单性原则的。在没有新证据证明这个公式、图表是错误的之前,这样的公式或图表在科学上是完全应该接受的(至少是可以接受的)。此外,实验的结果应该随着技术的进步,思考的更加周密而导致实验结果更好,更加支持结论,而不应该相反,如果出现相反的情况,则不是以前的实验有漏洞,就是结论有问题。在科学研究中,实验的数据出现不稳定也是正常的,一般说来应该遵守科学道德如实报告,但这也不是绝对的,一般说来,只有实验者才知道自己所使用的仪器的性能与实验过程情况,如果是随着技术的进步,实验设计更加周密而导致后面的实验数据更好,稳定,只选择后面的实验数据报告也是应该的。这显示了实验者的科学鉴别力,例如美国的密立根花费了十年时间用实验验证爱因斯坦的的光电效应理论,未报告一些实验做得不好的实验数据,笔者曾经见到国内有人因此在文章中说密立根违反科学道德,但这样的说法是不对的。
  
科学理论的出发点和其它的前提必须建立在系统的实验基础或可重复的切实可靠的经验基础上,要预先考虑并排除各种可能性以及各种可能的反驳、诘难,必须有严密的逻辑,例如与公认的概念意义不同的重要概念必须明确界定其意义,提出的论点、由实验结果得到的结论必须进行严密论证。在运用理论进行严密推理中,推理链越长,出发点、一些前提就不一定可靠或被广泛接受,结论也就并不一定可靠,因此,常常需要理论的研究者做实证性的研究来验证这些推论,并间接地验证理论的出发点或其它前提条件;如果科学理论的研究者无法做实证性的研究来验证这些,那么最好是从理论出发,推理得到一些日后能够被实验验证的推论甚至设计实验,让别人来验证。即使理论的前提条件、出发点以及推理过程无懈可击,也应该对结论、推论进行验证实验或实证性的研究,以便获得更多的科学知识。(在实用性的工程技术领域更必须这样。)

所谓验证,就是根据科学理论得到了一个推论,这个推论必须能够与实验结果或经验形成对应,即必须能够被实验证实或否证,如果实验结果未否定这个推论,实验结果即为支持这个推论和理论。在能够否定这个推论的其它的可能解释不成立的情况下,这就是理论和推论得到了实验验证。
  
但以上这些要求,由于各种原因如个人的局限等,实际上并不是每个人都是严格地做到的,所以,在科学研究的过程中,已有的科学出版物中的科学知识实际上包括许多其它类型的知识,从很有缺陷但值得一听的想法、观点到可以接受的知识到必须接受的知识直到受到普遍公认的证据确凿的多种类型的科学知识,研究者在科学研究中产生并逐步发展自己的设想情况更是这样。当然,科学研究成果至少必须是可以接受的知识,很有缺陷但值得一听的想法、观点由于有重大缺陷,如缺乏必要的论证或仅仅只有部分实验、事实的支持或有相反的实验结果,或者是与已经被确定的科学知识有冲突,一般不算科学研究成果,更严格但也略微死板的看法是只有被普遍公认确定的科学知识才是科学研究成果。
  
三、如何指导学生进行研究性学习(续)
  
充分查阅资料后,读文献是科学研究的极其重要的部分,必须进行学习、比较、思考、评价判断,要对不同文献(甚至相关学科中的文献)中的讨论同一问题的研究与阐述进行比较,发现异同之处,有比较而后才能够有鉴别。要真正理解新的资料文献包括早已经“学到”的知识,真正搞清楚相互联系知识的来龙去脉,理解知识点以及清楚各个知识点相互的联系;如理论的推理出发点、其它前提是否符合实验依据,实验者是否做了必要的对照实验,是否存在其它的同样能够解释实验依据的理论或其它科学结论,是否做了实证研究来验证或推理出了未来能够被实验验证的推论,实验或实证研究是否确实而有效,等等。这绝对不是学生在课堂中对知识的“理解掌握”,学生在课堂中,能够记住知识,能够用语言文字、图表等清楚阐述,能够运用知识解决习题并且没有错误,这样,教师一般就认定学生已经理解掌握知识了。但这样的理解掌握,从科学研究的角度看,连科学研究的大门都没有进入。
  
中国第一科学家邹承鲁院士在《我的科学之路》中说:读文献“首先要养成不是去问老师,而是自己去查阅参考书或文献的自学习惯,前面已经谈到及时追踪科学发展的重要性。对于书本知识,我认为首先要有打破沙锅纹(问)到底的习惯。对任何规律性知识都要问一个为什么。不仅要知其然,更重要的是要知其所以然。阅读文献尤其是如此。我曾担任国内外重要刊物编委和顾问编委多年,经常被要求审阅稿件。我多年的体会是审阅,无论是优秀的、一般的,甚至是有问题的稿件,自己都获益良多。看到别人论文中的优秀部分可以学习,错误可以提醒自己不犯或少犯类似的错误。对于文献中引言部分,首先要问作者是否充分掌握了有关文献,对于实验结果,要看所用方法是否可信,是否有充分的对照实验,对于结论,则要问有没有足够的根据,是否有也同样符合所有实验结果的其他可能结论。在自己的论文准备投稿时,这也是自己首先要自我检查的问题。”
  
如果不这样读文献,那么就很简单:选择某个课题,阅读这方面的一本权威性专著,再读这方面最近几年内发表的最新论文就够了,但这样学生就没有受到良好的训练。
  
从上面所说的什么是科学与科学研究出发,并参考了《美国国家科学教育标准》的有关介绍,显然教师在讨论中以及实验后的讨论中应该经常问学生这样一些问题:实验的可重复性方面:“我们还必须反复实验吗?”“我们还需要要更多的证据吗?”实验的数据方面:“我们实验误差的根源在哪里?”“你对数据的准确性有多大把握?”,实验结论方面:“你觉得实验结果的原因是什么?”“你希望从实验数据(数据资料)中得到什么解释?”“数据资料中有什么让你非常惊奇的吗?”,“我们是怎样得出这一结论的?”“你对结论有多大把握?”实验条件方面:“如果你必须对一个人解释某个问题,而这个人对这方面又一无所知,你将怎么办?”进一步的实验研究方面:“有无更好的办法来进行这项研究?”排除其它的原因与可能成立的解释方面:“有没有另一种科学解释与你提出的解释一样能够说明实验结果的原因?”“你怎样评价一个与你不同的解释?怎样用实验(用什么办法)证明那个解释是不对的?”“你考虑了其它的可能性吗?有没有可能是其它原因导致这个结果?要不要做对照实验?”等等。在讨论中,教师要引导学生形成解释,并进行推理或实验方法来排除其它的解释,得到正确的结论。
  
对中小学的研究性学习来说,由于主要是学习,设计实验不难,基本上把已有的实验方案,略微改变如换一种实验材料来做实验就够了。实验设计方案一般包括实验题目,目的要求,实验假设,实验预期,方法步骤,实验记录,实验结果和结论八个部分,其中真正困难的部分是对照实验的设计,其次是实验技巧。设计对照实验主要目的就是排除其它的可能的原因与结论,以得到切实可靠的结论。
  
写论文是对研究性学习的总结。在写论文时能够回顾实验设计、结论有无缺陷,是否全面完善,逻辑是否严密,要考虑对所取得的实验结果是否还可以提出不同的解释,是否已经确切地排除了其它的可能性等等。写论文应当按解决问题的逻辑推理顺序逐步提出实验与实验结果,最终得到结论。在文科方面,写论文,做课题,切忌做大课题,写讨论大问题的论文。做大课题很容易大而空泛,根本学不到如何做真正的研究。宁可小而精,宁可做小问题而有新意,最好是把小问题研究透彻后而产生自己独到的创新,逐步掌握如何做真正的研究,研究天分很高的学生自然会在这样的基础上逐步能够做大课题的。
  
与常人的一般的估计相反,我认为相对说来,在小学、中学进行科学研究教育比在大学中进行相对更容易些,教育效果也更好些。小学、中学的各门学科中,与大学相比,直接面对大自然,实验简单,易于操作,易于控制,结果明显,易于得到结论,也容易设计并进行各种对照实验以检验各个可能成立或不成立的解释,由实验结果进行推理而得到结论的推理步骤也少,而且资金花费也少(这对我们这样一个穷国,意义重大),但有关科学研究的原理却是一致的。在大学中才进行科学研究教育,唯一的优势是学生已经长大成熟,但也有不利之处:大学中的实验材料基本上是已经经过了处理的材料,这样,要通过实验全面理解如何做科学研究,就有更多的未知之处要考虑,还需要更多的推理步骤,也难设计并进行对照实验。
  
《美国国家科学教育标准》中对研究性学习有很好的阐述和案例,建议教师参考。下面我将举一个简单实验为例,学生通过它一样能够知道科学研究的原理:
  
本实验原理是:在零下或零度的同一个温度下,冰在高压强下熔点会降低,能够融化为水,高压强不存在后又结成冰。本人读初二在冬天很冷时,做了一个铝饭盒大小的冰块,悬空架在两张凳子中间,用细铁丝两端系上两个共9公斤的大哑铃,再把带哑铃的铁丝小心地放在悬空的冰块上,过几分钟后,看到细铁丝慢慢陷入冰块,向下全部陷入冰块,最后细铁丝全部穿过冰块掉在地上,冰块未断成两块,只是放铁丝的地方有一道凹痕。
  
而后,教师或家长问学生:“为什么铁丝能够穿过冰块?为什么冰块能够不断成两半?”学生可能有各种回答,这些回答若不正确,应该用实验来否定。比如说,学生可能回答:“铁丝是钻过去的。”这个结论可以用木头或钢筋代替冰块来做对照而否定。学生可能得到结论:铁丝只能够钻过冰块。这虽然等于什么也没有回答,也可以用带轻的物体的铁丝做对照实验,证明铁丝带的是轻物体的话也不能够钻过冰块。启发学生注意铁丝要带重物才行。
  
而后,可以提示学生铁丝穿过水很容易,或提示冰能够化为水,水也能够结冰,逐步启发学生得到类似答案:铁丝挂重物压在冰上,冰会融化变成水,没有带重物的铁丝压着,水会结成冰。这是唯一在科学上可以接受的结论,但还需要验证。这结论可以用几种办法验证,此外还可以用冰豆腐代替冰块来做实验(本人在南方,未做过),或许能够得到更有趣的结果。
  
在科学知识教育中,同样能够教育学生学到有关科学研究方面的知识。例如初中物理中学习阿基米德定律,物体在液体中所受到的浮力,等于物体所排开的液体的重量。教师常常用水做了实验测量就结束了,但这实际上不符合科学原理,明显缺乏实验验证。阿基米德定律所说的是液体,不是水,是一般性的结论,所以至少还必须用煤油、酒精进行测量验证才行。

结语:
  
科学研究的原理,简单地说不外乎说什么话,得到什么结论要有实验依据,要逻辑严密,由此再得到结论还要严密推理并用实验验证;否定其它的结论、解释,否定其它可能的原因也要符合逻辑,并用实验来证明。学生所做的那些研究性学习中的实验与讨论,与科学家所做的科学研究,主要的区别在于科学家所做的是创新,学生所做的不是创新而已。研究性学习并不是只看重过程,不重结果,研究性学习的结果:学生学会如何做科学研究,并内化为学生的习惯与素养很重要,只不过这些结果目前不能够通过考试检测出来而已。
  
参考文献与注释:
  
1、 爱因斯坦:《西方科学的基础和中国古代的发明——1953年给J.E.斯威策的信 》,《纪念爱因斯坦译文集 》,上海科学技术出版社,1979,P46,此话根据商务中译本,刘华杰提到李醒民认为末句翻译有误,本人赞同,此处引用时已根据李醒民的提示改正。

如何培养学生的科学鉴别力
  
以下办法用于训练天赋非凡学生的科学鉴别力,普通学生恐怕掌握不了。请不要以为下面的所说的一些东西很简单,本人曾经阅读过中国一些博士、著名专家的论文与论战文章,发现有相当一部分人尚未具备较高的科学鉴别力。
  
科学鉴别力(评价判断能力)并不只是批评能力,而是包含两种类型的评价判断能力:肯定性的评价判断力(注重论点的确证支持与未来发展潜力)和否定性的评价判断力(注重挑出支持、确证方面的不足与错误)。这些早就被西方的科学家们讨论过了,唯一的缺憾是笔者未见到如何培养学生科学鉴别力具体办法的讨论。中国由于历史上多年的政治运动以及其它影响,学者也受到了潜移默化的感染,自然科学界在这方面有些死板,而文科学界,科学鉴别力中批评(否定)性的评价能力特别强也特别被看重,在中国,尖锐的批评评价容易产生反响,真正的创新常常难于得到好评,而且中国的对学术成果的肯定性评价判断也过于看重论证的情况而不是论点、方法的未来发展潜力,这实际上还是表现了批评(否定)性的评价能力过强。但这两种类型的评价判断力是不可偏废的。
  
根据这两种类型的评价判断上学生、学者表现出来的自然而然的天赋,心理学家瑟斯顿把学生与学者分成两种截然不同的类型[1]:甲类是批评分析型,乙类是创造型。每当甲类学生遇到一个新假设或一个新颖的建议时,他们总是把它认作是荒谬的或不切合实际的。他们用清晰的,常常是难以捉摸和巧妙的逻辑思维来分析这些新的提议。相反,乙类学生在遇到同样的问题时,则较容易接受,并思索其中包含着的东西,以及是否可以证实它。对于新颖的建议,他们所产生的动力是希望能够证明它是真实的。两种态度有各自的弱点。对于甲类来说,尽管他们擅长形成完美的论点,但却可能会省略掉富有创造性的论点。而乙类有时则可能相信那些表面似乎有道理但实质上荒谬可笑的见解。笔者对此研究的结论简单地说是:这两种情况由个人思维能力的特长决定,表现出批评分析型的人是因为其联结性思维能力强,思考快速准确,聪明;表现出创造型的原因是凝聚性思维能力强,思考深入,富于睿智。
  
此外,有些科学家包括哈耶克也对此进行了讨论,有所补充。记忆里我曾经读过的W.I.B. 贝弗里奇所著的《科学研究的艺术》,有科学家曾说(大意):这两种不同类型的人如果分别是教师与学生,有可能出现糟糕的情况:批评分析型的学生遇到创造型的教师,或许会头痛自己为什么不能够象老师那样新思想迭出,认为自己应该象老师一样,并怀疑自己的能力;创造型学生遇到批评分析型的教师,或许会认为自己那样是缺乏逻辑思维能力,头痛自己不善于作透彻细致的逻辑分析以及找出自己和他人研究结果的不足与错误。[2]
  
所以,科学鉴别力的教育只能够顺应心理特征(思维能力的特长),而不可强行改变。对于批评分析型的学生,由于进行分析推理以及批评是其自然而然的强项,在肯定其优势并首先教会学生如何做学术批评以及高水平学术批评的的基础上,要提醒学生注意这种优势容易导致对自己和他人的未完善的设想批驳能力很强,很容易扼杀自己或他人的未成熟的创新。所以教师要特别注意随后就必须培养这类学生肯定性的评价判断力,以增进学生的自信心与相对平衡的良好科学鉴别力。科学知识并不是全部由无可争议的事实与理论组成的,在个人的研究过程中,从肯定性的评价判断角度来看,在科学研究中必定需要良好地鉴别自己的和他人的各种研究结果属于下面所列举的哪一种情况:

1、已经发表但未被发现其重大错误的研究结果,科学史上例如:伦琴因密封的照相底片曝光而发现X射线后,曾有法国人发现了(实际上并不存在的)N射线,还获得大奖,当然,最终的研究结果发现,所谓的N射线不过是心理影响而已。也曾经有一个日本人突发奇想:“萤火虫不也是发出荧光----射线吗?于是进行实验后,煞有介事地报告:萤火虫能够发出射线,导致底片产生阴影。这明显忽略了其它的可能性,当然,其他科学家重复实验后指出:萤火虫产生的气体(至少部分地)导致底片产生阴影,并不是萤火虫发出射线,使得这个日本人和他的合作者大为丢脸。

2、缺陷极大不可以被接受也无发展价值的研究结果,或者只是泛泛而论,没有创新的“研究结果”。中国这样的论文很多,不举例子了。
  
3、缺乏充分实验事实的支持也很缺乏论证的,很有缺陷但也有道理,或有实验支持的此类假说,观点,属于很有缺陷但值得一听的研究结果,说这类假说、观点值得一听是因为这些论点中或许值得进一步发展。例如,1914年,查得威克发现了放射性衰变中的α谱和γ谱是分立的,而β谱却是连续的。由此,玻尔提出了非统计的能量守恒定律不成立的假说,泡利却提出了中微子假说,这两个假说都属于很有缺陷但值得一听的研究结果。
  
4、有缺陷但很值得发展的研究结果。例如费米在泡利提出的中微子假说基础上,进一步提出的理论就是这样的情况。
  
5、在科学上未被确证但可以接受或应该接受,值得进一步进行研究的成果,例如爱因斯坦的的光电效应理论,有实验事实的支持,有严密的逻辑推理论证,但在美国的密立根等人未用长期、反复的实验验证前,只能够说是应该接受,非常值得进一步进行研究的成果。还有其它的情况例如,若有两种现象,一种现象的内在机制过程清楚,另一种现象的内在机制过程还不清楚,而两种现象的开始情况与结果情况都相同,在没有出现新的证据证明两种现象的内在机制是不同的证据前,认定这两种现象的机制是相同的,这在科学上是完全可以接受的。
  
6、得到确证,但与现有知识或实验有冲突,非常值得进一步进行研究的研究结果,例如卢瑟福的原子模型产生情况:
  
J.J.汤姆逊在1904年提出了原子的无核模型。卢瑟福也相信无核模型,并进行了α粒子轰击金箔实验来验证。在实验中却发现了原子无核模型无法解释的现象,有极少数(万分之一)超过90°甚至达到180°的大角度散射。
  
对此,卢瑟福深感惊讶:“它的难以置信好比你对一张纸射出一发十五英寸的炮弹,结果却被弹了回来反而打在自己身上。经过思考,我认为反向散射必定是单次碰撞的结果,而当我作出计算时看到,除非采取一个原子的大部分质量集中在一个微小的核内的系统,是无法得到这种数量级的任何结果的。这就是我后来提出的原子核心具有小体积和大质量的想法。”

根据α粒子轰击金箔实验的结果,严格进行计算、推理,就只能够说仅仅金原子确实是大部分质量集中于微小的核中。但卢瑟福以α粒子轰击金箔实验的结果为基础,便跳跃到了普遍情况,认定原子都是大部分质量集中于微小的核中,卢瑟福这样做是很正常的,符合简单性原则。但这个原子模型还有一个重大问题未获解决,根据经典电磁理论,围绕原子核运转的电子会不断辐射出能量,原子就会很不稳定,但事实并非如此。这样,卢瑟福的原子模型与经典电磁理论是有冲突的,值得进一步发展。
  
7、在科学上已经被确定,毫无疑问必须接受的研究成果。在这方面,一般说来,教材中这些类型的知识是很多的,科学出版物如科学方面的专业杂志所刊登的,被前人反复验证的知识也是这种类型的知识。这样的知识,偶然也有是错误的,当然,纠正这种错误必定是重要的创新。
  
进行这方面的训练,可以让学生专门做肯定性的评价来训练学生在这方面的科学鉴别力,即要求学生不要考虑文献中的问题以及缺陷,只是去讨论、评判文献中或研究成果中的支持证据以及未来发展潜力。
  
研究者在自己的思索、创造过程中,也必定会产生上述各种类型的想法、成果,从缺陷极大也无发展价值的思考结果到在科学上已经被确定,毫无疑问必须接受的研究成果。对创造者的创造自述进行分析可以知道:在研究中由于创造者常常是从部分的知识如事例、实验材料中想到新设想的,最初产生的新设想必定有漏洞、错误,如新设想遗留着引发新设想的那部分知识的痕迹,带有原有知识的缺陷、局限,还有的如新设想产生的时候使用的是原有的不恰当的、实际上是错误的概念,但想法却隐含着正确的方向等等情况。当然,新设想中的缺陷若被解决,创造就获得成功;若这些缺陷、错误未能解决,则新设想就是价值不大或是错误的。例如班廷发现胰岛素的案例,班廷在提取胰岛素治疗糖尿病实验获得成功后,最大的困难就是:结扎胰管的办法很麻烦,要等待六至八周,还只能得到极少的胰岛素。这个问题不解决,就几乎没有实用价值。最后,他才找出了正确方法:加酸使胰液中的胰蛋白酶无法分解胰岛素。这样,屠宰后牛、猪等的胰腺就都能够提取胰岛素。至此,所有最重大困难才被解决。班廷最初的办法如此麻烦,其原因就在于原先的引发班廷产生新设想的那部分知识:结扎胰管,胰岛正常,不发生糖尿病。结扎胰管这个实施起来很困难的办法遗留在班廷的新设想中。

因此,在个人的研究思考中产生的新设想存在缺陷是很正常的,关键是要能够准确判断新设想的发展前景,以及不断努力消除新设想中的漏洞。对实验、实验方法方面产生的新设想,判断其未来发展前景一般是比较简单的,充分考虑了新设想的各种可能结果与可能的疏忽后,做实验就够了。判断理论方面新设想的发展前景就很难,的根据存在着几种标准,常常需要综合后进行判断。一般主要看原有的成果的支持根据情况和自己的设想的支持根据情况,即原有理论或自己的观点的出发点、推论,必须与实验观测的结果相符合,而且必须是越来越精确的一致。各种事实对理论、问题解决办法相互符合的支持重要性是不同的,有的事实(实验结果)直接对应理论的出发点或重要推论,而且前提条件明显不存在其它可能性,推理步骤少,对理论的支持非常重要,不支持理论的话就是极其重要的反常;这样的事实属于核心事实。也有的事实(实验结果)不是对应理论的出发点而是对应的是理论的次要推论,而且推理步骤多,前提条件也存在其它可能性,这样的事实属于边缘性的事实。当然,核心事实比边缘性的事实与理论相符合更重要。此外还有其它的几种次要依据(简单性、一致性等)。

对创造型的学生,由于易于接受新设想以及首先考虑新设想的发展前景并进行证实是他们自然而然的强项,所以要在训练好他们如何进行肯定性的评价判断后,对如何作高水平批评进行特别的训练:
  
一般地说,作低水平的学术批评,思考仔细些,用常规性的科学研究标准或学术规范的那一套就够了,如作者是否充分掌握了已有的文献知识,论点有没有扎实的经验基础,或者是否从已经被公认的基础出发,概念是否作了必要的定义,推理是否严密,从经验基础到结论有各种可能性,作者是否考虑周到,是否排除了足以否定论点的其它可能性,是否与被普遍接受的相关知识以及相关学科知识有明显冲突,等等。
  
但是,论文作者如果是受过良好训练或很有天分的人,用这样的办法就不行了。杰出的学者基本上没有这些问题。但还可以把这些都考虑过了,清楚理解了之后,从根本的出发点或主要思路来作高水平学术批评,从作者未考虑或未充分考虑的重要的经验事实或相关学科知识出发,否定或者纠正对方论文、文章的主要思路,否定或纠正对方的出发点,或者重新树立一个学者都公认的必须遵守的出发点来反驳对方,还可以从事实出发,否定对方进行推理所必须依赖的重要条件(前提),等等。这样做很难,很费时间,要求很高,学生很累,但非此不能够掌握高水平学术批评。
  
训练学生的科学批评能力、学术批评能力,可以采用这样一个办法:让学生做模拟的审稿人,专门挑专业论文、专著中的错误与不足,告诉他们论文如果通过了他们的审核就会发表,要挑出其中的错误以免贻害他人,而且可以有时故意让他们评价水平低的文章,训练他们以我为主,要考虑各种可能性,大胆存疑,等等。
  
另外,还有一个办法也能够培养学生的科学鉴别力。科学鉴别力也能够通过运用科学研究标准而表现出来。科学界是存在科学研究标准的,科学史上有许多科学家运用科学研究标准对理论与实验研究进行鉴别取舍的事例,因此,除了在科学研究中让学生看教师如何分析各种实验、论文、专著,如何洞察这些、如何提出新思想,如何论证,如何做实验验证等办法培养学生的科学鉴别力外,还能够通过在科学研究中以及在讲授科学知识的过程中,结合科学史的分析讨论而培养科学鉴别力。相对说来,由于科学研究的专业化,在本专业的科学研究教育中培养学生在本专业的科学鉴别力是更好的办法,在本专业之外的这种教育,一是需要花费额外的思考才能够在本专业运用,二是科学史上的事例往往是杰出科学家们所作出的,大多数人恐怕成不了杰出科学家,难于达到那种境界。

参考文献与注释:
  
1、转引自:罗伯特.汤姆生:《思维心理学》,福建科学技术出版社,1985,P184,许卓松译
  
2、W.I.B. 贝弗里奇.科学研究的艺术.科学出版社.1984. P56~86(文章中的话是我的记忆,原书因借给他人而遗失,恐怕原文并非如此)